弗吉尼亞櫟對(duì)環(huán)境不同溫度和濕度的響應(yīng)

孫小燕

(江蘇省東臺(tái)市林場(chǎng)，江蘇 東臺(tái) 224200)

1 引言

弗吉尼亞櫟(Quercusvirginiana)原產(chǎn)于美國(guó)，為殼斗科、櫟屬常綠喬木。耐鹽堿，其根系深而發(fā)達(dá)，具有很強(qiáng)的抗風(fēng)能力，對(duì)鹽堿土壤和干旱氣候均有一定的耐受能力，是極具優(yōu)勢(shì)的樹種，可作輕度鹽堿地造林樹種[1]。我國(guó)引入弗吉尼亞櫟后，在江蘇、上海、浙江等地的沿海灘涂上表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)能力，成為防護(hù)林建設(shè)的重要樹種[2]。隨著弗吉尼亞櫟優(yōu)良特性的表現(xiàn)，對(duì)苗木的需求量增加，苗木栽培和造林不斷擴(kuò)大，然而目前有關(guān)弗吉尼亞櫟的育苗研究還處于初步研究階段，因此，需要進(jìn)一步探索育苗技術(shù)，以適應(yīng)當(dāng)前不斷增加的需求。

溫度和濕度是影響植物生長(zhǎng)的重要因素[3]。植物體內(nèi)的生理活動(dòng)均受到溫度和水分的影響[4]，其中溫度對(duì)植物生長(zhǎng)的作用主要體現(xiàn)在養(yǎng)分吸收、光合作用、呼吸作用、蒸騰作用以及物質(zhì)合成，植物只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能夠維持正常的生理代謝[5]，溫度過高和過低都會(huì)對(duì)植物生理過程造成抑制，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)和發(fā)育[6]。水分是植物生長(zhǎng)的主要條件[7]，土壤水分狀況直接影響植物生長(zhǎng)，植物進(jìn)行的生命活動(dòng)依賴于細(xì)胞水分飽和狀態(tài)[8]，植物細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)，都必須在水分充足的情況下才能進(jìn)行[9]。而水分過多和不足都會(huì)使植物生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)生紊亂[10]。目前有關(guān)弗吉尼亞幼苗對(duì)溫度濕度的響應(yīng)研究較少，因此，本試驗(yàn)設(shè)置不同溫度和濕度，研究弗吉尼亞幼苗形態(tài)特征和生理特性的變化，為弗吉尼亞育苗栽培提供參考。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

試驗(yàn)于2021年在江蘇省東臺(tái)市國(guó)營(yíng)林場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)材料選擇當(dāng)?shù)匾N的弗吉尼亞櫟種子，選擇母樹植株健壯、大小一致、籽粒飽滿、無(wú)病蟲害的種子，使用0.5%的高錳酸鉀溶液浸泡30 min進(jìn)行消毒，然后晾干，在4℃種子保存箱中放置25 d，隨后播種于準(zhǔn)備好的基質(zhì)中，出苗后在溫室中進(jìn)行管理，生長(zhǎng)6個(gè)月后選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行試驗(yàn)處理。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)溫度，分別為T1：晝溫/夜溫(15 ℃/5 ℃)，T2：晝溫/夜溫(25 ℃/15 ℃)，T3：晝溫/夜溫(35 ℃/25 ℃)，設(shè)置2個(gè)土壤濕度，分別為W1：土壤水分為田間持水量的 65%～70%，W2：土壤水分為田間持水量的55%～60%。每盆裝4 kg，然后澆透水，放置2 d將準(zhǔn)備好的幼苗移栽到裝有土的盆中，每盆栽1株，每個(gè)處理設(shè)置10株，移至人工氣候室進(jìn)行處理，設(shè)置對(duì)應(yīng)的處理，所有處理設(shè)置光照12 h、黑暗12 h，定時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水，土壤含水量控制方法用稱重法，按時(shí)補(bǔ)充水分，觀察幼苗生長(zhǎng)情況，處理45 d后進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。

2.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

2.3.1 幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定

處理結(jié)束后，分別用刻度尺測(cè)定幼苗苗高，用游標(biāo)卡尺測(cè)定地徑。

2.3.2 葉綠素含量的測(cè)定

處理結(jié)束后，每個(gè)處理選擇同一部位葉片，采用丙酮-乙醇浸提分光光度法測(cè)定葉綠素a和葉綠素b含量，并計(jì)算葉綠素a+b含量。

2.3.3 光合參數(shù)的測(cè)定

處理結(jié)束后，測(cè)定同一部位弗吉尼亞葉片的氣體交換參數(shù)，凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)，每個(gè)處理重復(fù)3次。

2.3.4 氮代謝關(guān)鍵酶活性的測(cè)定

每個(gè)處理選擇3株幼苗，選擇同一位置的葉片，取下葉片帶回實(shí)驗(yàn)室，分別測(cè)定硝酸還原酶(NR)，谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合酶(GOGAT)活性[11]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2010統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，采用SPSS24.0進(jìn)行差異顯著性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同溫度和濕度對(duì)弗吉尼亞櫟幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

從表1可以看出，不同溫度和濕度顯著影響弗吉尼亞櫟植株的形態(tài)特征。株高在W1處理下隨著溫度的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)，處理間差異均顯著。在W2處理下，隨著溫度的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)，表現(xiàn)為T2W2>T3W2>T1W2，處理間差異均顯著；地徑在各處理間沒有顯著差異。

表1 不同溫度和濕度下弗吉尼亞櫟幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)

3.2 不同溫度和濕度對(duì)弗吉尼亞櫟幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素含量是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，從表2可知，不同溫度和濕度對(duì)弗吉尼亞櫟幼苗葉綠素含量有顯著的影響，葉綠素a含量在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在W1處理下表現(xiàn)為T2W1>T3W1>T1W1，在T2處理下表現(xiàn)為表現(xiàn)為T2W2>T3W2>T1W2，在同一溫度處理下W2處理顯著高于W1處理，在T2W2處理下達(dá)到最大值。葉綠素b含量在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在T2W2處理下達(dá)到最大值，顯著高于其它處理。葉綠素a+b含量在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在同一溫度處理下W2處理顯著高于W1處理，在T2W2處理下達(dá)到最大值。說(shuō)明在T2W2處理下幼苗葉綠素含量較高。

表2 不同溫度和濕度下弗吉尼亞櫟幼苗葉綠素含量

3.3 不同溫度和濕度對(duì)弗吉尼亞櫟幼苗光合參數(shù)的影響

光合作用是植物進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育最重要的過程，從表3可知，不同溫度和濕度下弗吉尼亞櫟幼苗光合參數(shù)。凈光合速率在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在W1處理下表現(xiàn)為T2W1>T3W1>T1W1，T2W1和T3W1沒有顯著差異，在T2處理下表現(xiàn)為表現(xiàn)為T2W2>T3W2>T1W2，處理間差異均顯著。在同一溫度處理下W2處理顯著高于W1處理，在T2W2處理下達(dá)到最大值。氣孔導(dǎo)度在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在T2W2處理下達(dá)到最大值，在同一溫度處理下W2處理顯著高于W1處理，胞間二氧化碳濃度在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先降低后升高的趨勢(shì)。蒸騰速率在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在W1處理下表現(xiàn)為T2W1>T3W1>T1W1，在T2處理下表現(xiàn)為表現(xiàn)為T2W2>T3W2>T1W2，在同一溫度處理下W2處理顯著高于W1處理，在T2W2處理下達(dá)到最大值。說(shuō)明在T2W2處理下幼苗光合能力較強(qiáng)。

表3 不同溫度和濕度下弗吉尼亞櫟幼苗光合參數(shù)

3.4 不同溫度和濕度對(duì)弗吉尼亞櫟幼苗氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響

氮代謝關(guān)鍵酶在植物體內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化中起著重要的作用。由表2可知，不同水氮條件下氮代謝關(guān)鍵酶活性存在顯著差異。NR活性在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在W1處理下T2W1>T3W1>T1W1，T2W1和T3W1沒有顯著差異，在T2處理下表現(xiàn)為表現(xiàn)為T2W2>T3W2>T1W2，處理間差異均顯著。在同一溫度處理下W2處理顯著高于W1處理。GS活性在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在T2W2處理下達(dá)到最大值，在同一溫度處理下W2處理顯著高于W1處理。GOGAT活性在W1處理下表現(xiàn)為T2W1>T3W1>T1W1，在T2處理下表現(xiàn)為表現(xiàn)為T2W2>T3W2>T1W2，在同一溫度處理下W2處理顯著高于W1處理，在T2W2處理下達(dá)到最大值。說(shuō)明在T2W2處理下幼苗氮代謝水平較高。

表3 不同溫度和濕度下弗吉尼亞櫟幼苗氮代謝關(guān)鍵酶活性

4 討論

溫度和水分是影響植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素[12]，只有在一定的溫度和水分條件下，植物的一系列生命活動(dòng)才能正常進(jìn)行，植物才能夠正常生長(zhǎng)[13]。溫度通過影響光合反應(yīng)酶活性進(jìn)而影響光合作用[14]，水分作為光合作用的主要原料，通過影響酶活性、葉綠體合成和原生質(zhì)間接影響光合作用[15]。本研究結(jié)果表明，株高、地徑、葉綠素a、葉綠素b、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率在在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在晝溫/夜溫(25 ℃/15 ℃)，土壤濕度水分為田間持水量的55%～60%時(shí)達(dá)到最大值，主要是在該溫度和土壤濕度條件下有利于物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和合成，從而提高了葉綠素含量，增加光合產(chǎn)物的增加[16]。

氮代謝是植物生命活動(dòng)，氮代謝能力直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[17]，溫度和濕度則是影響氮代謝關(guān)鍵酶活性的重要因素[18]。本研究結(jié)果表明，GS、NR和GOGAT活性在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，W2土壤濕度均高于W1濕度。主要是由于酶活性受溫度影響較大，過高或過低均不利于氮代謝[19]，而水分則主要影響酶反應(yīng)底物的濃度，從而間接影響酶活性[20]，本研究中，晝溫/夜溫(25 ℃/15 ℃)，土壤濕度水分為田間持水量的55%～60%弗吉尼亞櫟幼苗的氮代謝酶活性最高，主要是溫度達(dá)到了酶活性最適溫度，水分保障了物質(zhì)代謝的需求。

5 結(jié)論

弗吉尼亞櫟幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)、光合參數(shù)和氮代謝關(guān)鍵酶活性在同一濕度處理下隨著溫度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，W2土壤濕度均高于W2濕度。因此，晝溫/夜溫(25 ℃/15 ℃)，土壤濕度水分為田間持水量的55%～60%弗吉尼亞櫟生長(zhǎng)狀況最好。